정지 문제가 3 차원 1 차원 세포 오토마타에 대해 결정 가능한가?


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3 기호 1 차원 셀룰러 오토마타에 대해 정지 문제가 결정 가능한지 알아 내려고 노력했습니다.

정의 하자 의 시간 단계에서 시스템의 구성을 나타내는 . 보다 공식적으로 여기서 는 알파벳입니다.f(w,i)if:A×NAA

정의. 셀룰러 오토 마톤은 구성에 정지 된 , 만약 우리가있다 .f(w,i)kNf(w,i)=f(w,i+k)

주어진 세포 오토 마톤의 정지 문제는 다음과 같습니다.

입력 : 유한 단어 질문 : 몇 가지 상태에서 기계적으로 정지 ?w
s

기본 셀룰러 오토마타 (2 개의 기호 포함)가 여기 에 정의되어 있습니다 . 나는 두 종류의 기호가 아닌 3 개의 기호가있는 CA의 경우에 관심이 있다는 것을 제외하고는 같은 종류의 celullar automata에 중점을 둡니다.

이제부터는 형식으로 규칙을 표시합니다 . 즉, 3 개의 인접한 심볼이 그 아래에 다른 심볼을 생성합니다.

정지 문제는 기초적인 2- 심볼 세포 오토마타에 대해 결정될 수있다

내가 사용하는 흰색 세포 및 표시하기 위해 검은 색을 나타 내기 위해.101

, , 규칙이 있으면 오토 마톤이 멈추지 않을 것입니다. 첫 번째 규칙을 사용하면 그리드가 무한하기 때문에 항상 블랙 셀을 생성하는 3 개의 흰색 셀이 생깁니다. 두 번째 규칙과 세 번째 규칙을 사용하면 단어가 측면으로 확장되고 오토 마톤이 멈추지 않습니다.001 1 100 1000100111001

나머지 경우에는 단계 동안 진화시켜 중단되는지 확인할 수 있습니다. 그것이 멈 추면, 멈추고, 멈추고, 그렇지 않으면 어떤 조합을 반복하고 루프에 갇혀 있기 때문에 멈추지 않는다고 결론 내릴 수도 있습니다.2n

내가 3 심볼 케이스에 대해 알아 낸 것

규칙 또는 가 있으면 중단되지 않습니다 . 그러나 및 형식의 측면 규칙은 분석하기가 더 어렵습니다. 규칙 및 어떻게됩니까?000 2 00 X Y X 00 Y 002 1 001 00001000200xyx00y00210010

내가 생각해 낸 것은 다음과 같습니다.

이러한 규칙의 모든 조합을 고려하십시오.

  1. 002 000100020
  2. 002 100100021
  3. 002 200100022
  4. 002 000110020
  5. 002 100110021
  6. 002 200110022
  7. 002 000120020
  8. 002 100120021
  9. 002 200120022

대칭형이기 때문에 형식의 규칙에 대한 사례를 쓰지 않았습니다 .x00y

따라서 첫 번째 경우 측면 기호 규칙이 0을 생성하기 때문에 입력 단어가 측면으로 확장되지 않는 것이 분명합니다.

5, 6, 8, 9의 경우 입력 단어가 확장되므로 오토 마톤이 멈추지 않는 것이 분명합니다.

사례 2,3,4,7이 더 흥미 롭습니다. 먼저 사례 2는 사례 7과 유사하고 사례 3은 사례 4와 유사합니다. 따라서 간결성을 위해 사례 2와 3을 고려해 봅시다.

케이스 3이 더 쉽기 때문에 먼저 사례 3을 고려하겠습니다.

우리는이 및 . 입력 단어의 첫 번째 또는 마지막 기호가 이면 오토 마톤이 멈추지 않는다는 결론을 내릴 수 있습니다. 그들이하지만 '1', 우리는 특히에 마지막 또는 첫번째 문자를 설정할 수 있습니다 규칙에서의 살펴 보자, 더 많은 물건을보고해야한다 우리가 사람들을,이 경우 그들은 생산이 할 다음 후하기 때문에, , 우리 오토 마톤이 멈추지 않는다는 결론을 내릴 수 있습니다. (단어가 옆으로 확장됩니다).002 2 2 2 200100022222

고려해야 할 모든 조합은 다음과 같습니다.

010 011 012
 0   0   0
 0   0   1
 0   0   2
 0   1   0
 0   1   1
........... etc

위의 표에서 첫 번째 트리플이 있으면 어떻게되는지에 대한 설명

그리드에 라는 단어 가 있습니다. 첫 번째 및 마지막 기호는 입니다. 위의 규칙 , , (첫 번째 트리플) 이 있다고 가정 해 봅시다 . 그런 다음 각 단계마다 입력 단어가 2 기호 씩 작아 질 것입니다.이 규칙은 첫 번째 기호와 마지막 기호를 지우기 때문에 어느 시점에서 가 나오면 규칙 가 단어를 만듭니다 한쪽 또는 다른 쪽 (또는 둘 다)으로 자라면 오토 마톤은 멈추지 않습니다. 따라서,이 경우에 우리는 오토 마톤이 단계를 수행 하도록 할 수 있으며 , 단어가 비게되면 오토 마톤은 멈추고 그렇지 않으면 그렇지 않습니다.1 010 0 011 0 012 0 2 002 2 | | / 2w101000110012020022|w|/2

일반화 사례 3

나는 그것을 일반화하고 우리가 단순히 오토 마톤이 단계를 수행하도록 할 수 있고 , 그 단계 중 하나에서 우리가 첫 번째 또는 마지막 기호로 를 가지면 오토 마톤이 멈추지 않는다는 것을 알았습니다. 이것이 발생하지 않고 오토 마톤이 여전히 정지하지 않으면 일부 구성이 반복되므로 루프에 멈춰 멈추지 않습니다. 정지하면 정지합니다. 23n2

내가 붙어있는 곳

이제 사례 2를 고려해 봅시다.

및 규칙이 있습니다 .00100021

그리고 여기에 내가 붙어서 무엇을 해야할지 모르겠습니다.

또한 시작하는 규칙 표를 작성했습니다 . 나는 그들이 분석해야 할 첫 번째 것으로 보였기 때문에 그것들을 썼습니다. 왜냐하면 우리가 첫 번째 또는 마지막 (또는 두 가지) 기호가 인 입력 단어가 있더라도 다음 단계에서 는 이 될 것 입니다. 그리고 형식의 규칙을 처리해야합니다 .122s101xy

테이블은 다음과 같습니다.

010 011 012
 0   0   0
 0   0   1
 0   0   2
 0   1   0
 0   1   1
 0   1   2
 0   2   0
 0   2   1
 0   2   2
 1   0   0
 1   0   1
 1   0   2
 1   1   0
 1   1   1
 1   1   2
 1   2   0
 1   2   1
 1   2   2
 2   0   0
 2   0   1
 2   0   2
 2   1   0
 2   1   1
 2   1   2
 2   2   0
 2   2   1
 2   2   2

27 개의 규칙 중 규칙이없는이 테이블의 트리플이 3 , 우리는 걱정할 필요가 없으며 단계 동안 자동 마토 톤을 진화시킬 수 있습니다. 사이드 규칙이 생성하지 않기 때문에 실제로 확장되지는 않습니다 .23n2

그러나 가있는 트리플을 보면 실제로 분석하기가 어렵고 단어가 확장되는지 여부는 입력 단어에 의존하는 것 같습니다.2

이 문제를 해결하는 방법을 알려주시겠습니까? 나는 이것에 머리를 감쌀 수 없다.

또는,이 3 개의 심볼 셀룰러 오토 마톤이 정지 문제가 결정 불가능한 것으로 판명 된 것으로 보인다면, 어떻게 그 것을 3 심볼 셀룰러 오토마타로 줄일 수 있습니까?


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Gilles 'SO- 악마 중지'

답변:


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이 기사를 찾았습니다 : http://www.dna.caltech.edu/~woods/download/NearyWoodsMCU07.pdf 15- 심볼 셀룰러 오토마타에서 정지 문제가 결정 불가능하다는 것을 증명하는 방법을 보여줄 것입니다.

튜링 머신의 일반적인 지침을 살펴 보겠습니다.

1)q,xp,y,L

2)q,xp,y,R

첫 번째는 기계적 심볼 본다면 말한다 상태에서 , 우리는 대체 하여 상태로 전환 한 과, 두 번째는 같은 것을 말한다 왼쪽으로 이동하지만 바로 이동합니다.xqxyp

TM 알파벳이 이고 규칙 세트가 이고 상태 세트가 합니다. 이제 우리의 셀룰러 오토 마톤을위한 새로운 알파벳을 만들어 봅시다 : 입니다. 다시 말해, 새로운 알파벳에는 TM의 알파벳, TM의 상태 알파벳, 그리고 모든 상태 에 대해 규칙 이 포함되도록 를 포함 할 것 입니다.R Q Σ = A Q { q | q r R , r = p , x q , y , L } q p , x q , y , L q 'ARQΣ=AQ{q|qrR,r=p,xq,y,L}qp,xq,y,Lq

자동 장치는 다음과 같은 방식으로 TM을 모델링합니다. CA 작업의 각 단계마다 CA 테이프에 TM의 상태 알파벳에서 하나의 기호가 있으며이 기호는 TM의 머리가 가리키는 기호를 나타냅니다. 다음과 같은 방법 : 상태 기호의 오른쪽에있는 기호는 TM의 머리가 가리키는 기호입니다. 예를 들어 문자열 를 생각해 보자. 이면 TM은 상태 이고 헤드는 기호 가리 킵니다 .s=...xabqzyk...qQqz

TM의 동작을 어떻게 시뮬레이션 할 수 있는지 봅시다. 두 번째 것을 먼저 살펴 보자.

2)q,zp,y,R

우리가 문자열이있는 경우 그래서, 기본적으로, , 그것은으로 변환해야 . 다음 규칙을 오토 마톤에 추가하면 쉽게 달성 할 수 있습니다.s=...xabqzyk......xabypyk...

qzαp,αΣ

αqzy,αΣ

첫 번째 경우는 좀 더 복잡합니다.

1)q,zp,y,L

문자열 그래서 로 변환해야 하지만 할 수있는 방법이 아니다 , 우리는 국가와 기호에보고하여 TM 작업을 수행하기 때문에이 있지만 기호에 대해 알려주지 않고 상태 만 알려주므로이 왼쪽 이동을 2 단계로 수행합니다.s=...xabqzyk......xapbyyk...abqpabq

첫 번째 단계:

qzαy,αΣ

αqzp,αΣ

두번째 단계:

αβpp,α,βΣ

αpββ,α,βΣ

TM에 규칙이없는 다른 모든 CA 규칙에 대해서는 다음을 작성합니다.

αβγβ,α,β,γΣ

CA에서 TM의 작업을 모델링하는 방법을 설명 했으므로 15 개의 심볼이 필요한 이유를 살펴 보겠습니다. 이 논문에서 내가 제공 한 링크 에는 6 개의 상태와 4 개의 기호 가있는 범용 TM 가 있습니다.U6,4

여기에 이미지 설명을 입력하십시오

따라서 모든 알파벳 기호 (4)와 6 인 모든 상태 기호 및 모든 상태 기호 가 필요하므로 규칙 이 있고 이므로 총 15 개의 심볼이 필요합니다. p , x q , y , L u 1 , u 3 , u 4 , u 5 , u 6qp,xq,y,Lu1,u3,u4,u5,u6

따라서 이제 우리가 알지 못하는 2에서 15 사이의 기호 (제외)가 있습니다.

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